生物化学研究型教学的几种典型案例

陈云，刘立军，杨生妹

（扬州大学a.生物科学与技术学院；b.农学院，江苏扬州225009）

生物化学研究型教学的几种典型案例

陈云a，刘立军b，杨生妹a

（扬州大学a.生物科学与技术学院；b.农学院，江苏扬州225009）

大学研究型教学是培养创新型人才的合理选择，高校各类课程已不同程度地实施了研究型教学。本文概述了生物化学课程几种典型的研究型教学案例，为教师研究型的“教”和学生研究型的“学”提供参考。

研究型教学；生物化学；典型案例

研究性教学作为一种有效引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神的教学方式，已成为21世纪中国高等教育改革的热点。所谓研究性教学，就是将课内讲授与课外实践、教师引导与学生自学、教材与阅读有机结合并达到完整、和谐、统一的教学。研究性教学的本质在于“教”和“学”的全过程都贯穿着研究性的特征，包括教师研究型的“教”和学生研究型的“学”[1]。

生物化学是一门理论性和实验性完美结合的科学。在其发展过程中，科学家们通过对未知领域内的问题的不断探索，对生命现象化学本质的揭示，逐步积累形成系统的学科知识体系，这个过程是发现问题与解决问题的高度统一的过程。生物化学课程的教学也就是科学问题探索实践过程的再现。结合我们十余年教学与科研工作中积累的经验，就生物化学中的几个案例谈一些研究性教学的体会。

一、“科学实验再现”型研究型课堂设计

作为一门探究性、实践性强的学科，在设计研究性教学时，可以循着“提出问题、科学实验再现、解决问题和自主探究”的模式。如教学案例“DNA是主要的遗传物质”：

1.提出问题：“如何证明DNA是遗传物质？”

2.科学实验再现。重点讲述经典的三个实验。①1928年，Frederi ck Gri f f i t h利用肺炎双球菌和老鼠进行的体内转化实验，结果证明细菌的遗传讯息会因为转化作用而发生改变。②1944年，Avery等人肺炎双球菌转化实验，首次证明DNA是细菌遗传性状的转化因子。③1952年，H ershey和Chase用35S和32P标记的噬菌体T2感染大肠杆菌实验，证明噬菌体DNA携带了噬菌体的全部遗传信息。

3.解决问题和自主探究。在这一阶段，一方面可以让学生思考和讨论，并引导学生了解，自20世纪上半叶三个经典实验的证明，继而1953年W t son和Cri ck提出了DNA双螺旋结构，解析了DNA作为遗传物质的分子机制，自然转接到后续DNA结构的相关内容的讲述。另一方面让学生自主探究，如：Avery转化实验的不足之处是什么；自主设计实验证明DNA是遗传物质；DNA是主要的遗传物质的证明对现代科学技术革命有哪些深远的影响。

类似的案例如：三联体遗传密码的证明；脂肪酸β氧化途径的发现等。

二、“物质结构与功能的关系”研究型教学设计

这一类型的典型案例是“蛋白质结构与功能的关系”。在学习了蛋白质的基本结构单位氨基酸、蛋白质的共价结构以及蛋白质的空间结构后，教师通过有效的研究性教学指导，促使学生探索蛋白质的结构与功能的紧密联系，自主地提出、解释、解决一些相关的问题。“蛋白质结构与功能的关系”研究性主题承上启下、知识容量大、开放性强，每个学生都可以通过自主学习有所研究和收获。

1.教师布置任务，启动研究。蛋白质多肽链上氨基酸的排列方式，即蛋白质的一级结构与功能的关系：包括同源蛋白质的特种差异与生物进化的关系（以细胞色素c为例）、分子病（以镰刀状贫血病为例）；蛋白质的一级结构改变引起空间构象的变化进而导致功能改变：包括血液凝固的机制、酶原激活的实质以及核糖核酸酶变性与复性实验；蛋白质空间构象改变引起功能改变：变构现象（以血红蛋白与氧结合的关系为例）[2]。以上提出的问题不仅仅局限于书本上该章节的内容，它们涵盖了蛋白质、酶、核酸的相关知识。通过这些问题的探究，不仅可以让学生深入掌握蛋白质的结构与功能，还可以使学生认识生物体内大分子物质的相互联系，为后续的物质代谢相互联系的知识作铺垫。

2.组织协调，跟踪指导。教师深入班级，巡回检查或召开分组会议，听取汇报，掌握学生的研究过程，督促学生的研究正常开展，及时发现并研究解决存在的问题，答疑解惑，保证研究进度和质量。

3.研究成果展示与交流。学生汇报研究成果，“蛋白质结构与功能的关系”这一章节内容是生物化学教学内容中的重点和难点。蛋白质种类繁多，功能多样，结构复杂。这部分内容所涉及的知识背景丰富，在课堂上教师要尽可能鼓励每位同学从不同的视角提出问题，组织同学们进行讨论，深化对教材知识的理解，并应用知识解释身边的生命现象，学会探索性学习，探索性工作。类似的案例如：DNA的结构与功能的关系；糖链的结构与糖生物学等。

三、“例证型”研究型教学案例设计

生物化学是解释生命现象的化学本质的科学，因而其理论内容与实际紧密联系，在理论教学时教师常常列举日常生活中的生命现象以解释抽象的理论知识，增强学生的理解，同时激发学生浓厚的研究兴趣。如：禽流感病毒，其案例应用主要有以下章节[3]。

1.蛋白质的分类。禽流感病毒表面有两种蛋白质都属于糖蛋白，一种称为红血球凝集素（H em aggl ut i ni n），另一种称为神经氨酸酶（neuram i ni dase）。高致病性禽流感病毒H 7N9中的“H”指代前者，“N”指代后者。而就目前而言，红血球凝聚素有18（H 1－H 18）种形态，神经氨酸酶则有11（N1－N11）种形态。

2.酶的竞争性抑制作用。在酶的竞争性抑制剂中典型的例子是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂丙二酸。禽流感防治药物的开发是酶竞争性抑制机理的完美应用。目前市场上有效的抗流感药物是罗氏公司独家生产的达菲，通用名称为磷酸奥司他韦（Osel t am i vi rphosphat e），化学名称为（3R，4R，5S）-4-乙酰胺-5-氨基-3（1-乙基丙氧基）-1-环己烯-1-羧酸乙酯。奥司他韦口服后经肝脏和肠道酯酶迅速催化转化为其活性代谢物奥司他韦羧酸，奥司他韦羧酸的构型与神经氨酸的过渡态相似，能够竞争性地与流感病毒神经氨酸酶的活位点结合，因而是一种强效的高选择性的流感病毒NA抑制剂，它主要通过干扰病毒从被感染的宿主细胞中释放，从而减少流感病毒的传播。

3.酶的作用机制。“流感酶（Fl udase）”是美国NexBi o生物制药公司研发的最新抗流感药物。与达菲等神经氨酸酶抑制剂类药物不同，“流感酶”的主要成分是唾液酸酶融合蛋白。它作用的对象是细胞本身，使宿主细胞表面的唾液酸受体失去活性，流感病毒就无法与受体结合，也就无法附着细胞。而达菲等药物的原理是抑制流感病毒表面的神经氨酸酶，使其无法感染细胞，因此病毒容易发生变异产生耐药性。流感酶的作用机理可以用来说明酶的诱导契合学说，该学说认为当酶与底物分子结合时，底物分子诱导酶分子构象发生改变，酶的催化基因与底物的反应基因正确结合，形成酶与底物复合物，以利于催化。流感酶能切断唾液酸的糖链，使神经氨酸酶与无法与底物结合发挥催化，则流感病毒无法脱离宿主细胞去感染新的细胞，从而达到预防流感的目的。

4.基因重组。核酸作为遗传物质有三个功能：一是通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；二是通过转录使遗传信息在子代得以表达；三是通过变异在自然选择过程中获得新的遗传信息。变异是核酸的核苷酸序列改变的结果，它包括由于核酸损伤和错配得不到修复而引起的突变，以及由于不同核酸分子之间的交换而引起的遗传重组。流感病毒的抗原性变异包括抗原漂移和抗原转变。基因点突变正是造成病毒抗原漂移的主要因素。抗原转变的主要原因则是基因重组。如果两种不同病毒同时感染同一细胞，则可发生基因重组形成新亚型。中国杭州疾控中心和W H O中国流感中心共采集，分析了4个新H 7N9甲型禽流感的基因组，并在GISAID数据库上公布。2013年，南方科技大学生物系贺建奎副教授用这4个基因组以及1193个已知的流感各亚型的基因组，做了一个全面的系统生成树和进化分析。结果表明，在新H 7N9甲型禽流感的8个基因中，表面血凝素蛋白基因来自于H 7亚型病毒，神经氨酸酶基因来自H 11N9，其余6个内核基因都来自H 9N2。也就是说新H 7N9甲型禽流感是由这三个病毒的基因重组产生的一个全新的基因。禽流感在近几年几乎成为家喻户晓的名词，禽流感病毒中也蕴含着丰富的生物化学知识，在教学中充分引导学生发掘，一方面可以取得良好的课堂教学收获，另一方面让学生从不同侧面了解禽流感，消除对流感病毒的神秘感，建立科学防控流感的信心。类似的案例如反式脂肪酸、各种激素等。

生物化学是生命科学专业学生必须学习的一门重要的学科基础课。它涉及的内容多、范围广、难度大。许多同学在学习时缺乏自信，怯而止步[4]。我们通过以上典型案例的教学实践证明：生物化学研究型课堂教学改革有效促进了学生探究性学习能力和创新意识。针对不同的内容采取不同的研究型教学模式，不但可以帮助学生更好地理解和掌握生物化学知识，还有助于培养学生的综合素质，取得教学相长的良好效果。

[1]刘立军.关于研究性教学在大学教育中的若干思考[J].天津工业大学学报，2013，32（增刊）：187-188.

[2]王镜岩，朱圣庚，徐长法.生物化学（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]陈刚，马晓，杨玉珍.H 1N 1病毒在生物化学教学中的案例作用[J].生物学通报，2010，45（8）：7-8.

[4]刘德立，袁永泽，熊丽.生物化学研究型教学改革与实践初探——以学生主讲生物化学部分章节为例.高校生物学教学研究（电子版），2012，2（4）：20-22.

G 642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）50-0277-02

陈云（1973-），副教授；刘立军（1973-），副教授；杨生妹（1964-），教授。

杨生妹。